Embed Size (px)
Citation preview
„Latvijas klimatam potenciāli piemērotu mūsdienīgu sistēmisku tehnoloģisko risinājumu prototipu,
konstrukciju un materiālu apzināšana un atlase.”
Projekts (vienošanās Nr. 2013/0027/1DP/1.1.1.2.0/13/APIA/VIAA/007)
Analysis of the status and prospects of solar energy development in Latvia
Solar power uses an inexhaustible source of energy and is environmentally friendly. Solar
energy which reaching the Earth for 1 minute enough to meet the global needs of humanity
throughout the year. Solar energy can solve the problem of climate change mitigation: reducing
carbon emissions; preservation of the environment, forests, etc. Solar panels are widely used, if
there are no accessing to electricity: industrial enterprises, housing, space satellites, various vehicles
(boats, electric cars, hybrid cars, airplanes, airships, etc.).
Existing solar power (SES) are divided into two types. The first is the photovoltaic (photo
voltaic, PV) station, where solar radiation is directly converted into electrical energy with the help
of PV modules. It uses ultra-pure semiconductor silicon. Photocells generate energy not only in
sunny weather, but on a cloudy day using diffused sunlight. In the second type concentrated solar
power is using. Here, sunlight is collected by mirrors and reflectors concentrates on the receiver
with the coolant, on a sunny day the temperature reaches (500-700) degrees. This allows the use of
turbines to generate electricity even at night.
At present there are accepted to distinguish three generations of solar cells:
1) crystalline silicon single crystal; multicrystalline silicon; growing technology of thin-walled
workpieces: Edge defined film-fed crystal growth technique, a thin layer of polysilicon (Apex).
2) Thin film based on cadmium telluride (CdTe); based on copper-indium selenide-(Ga) (CI(G) S);
Si: amorphous, microcrystalline, nanocrystalline, CSG (crystalline silicon on glass).
3) Dye-sensitized solar cell, DSC; organic (polymer) solar cells (OPV); inorganic solar cells
(CTZSS); FEP based cascade structures; nanoantenna.
The apparatus of nanotubes using only natural sunlight energy is capable to extract carbon
dioxide from the atmosphere and convert it into fuel or other chemicals. If in the structures of solar
cells use a nano-columns are not of uniform thickness over the entire length, i.e. Light not reflected
easily permeates through the "sieve" of thin apex nano-columns, but in the lower thicker part,
conversely, the light is absorbed, and this increases the efficiency of electricity production up to
99%. Solar roof tiles with integrated solar photovoltaic cells can provide energy objects from 1 to
100 kV. In the solar shingles Powerhouse used photovoltaic cells coated with a flexible substrate
compounds of copper indium gallium selenide, CIGS.
„Latvijas klimatam potenciāli piemērotu mūsdienīgu sistēmisku tehnoloģisko risinājumu prototipu,
konstrukciju un materiālu apzināšana un atlase.”
Projekts (vienošanās Nr. 2013/0027/1DP/1.1.1.2.0/13/APIA/VIAA/007)
Modern solar panels Solar3D can capture the maximum amount of light, thanks to a special
"trap" etched on a silicon wafer and placed inside the photovoltaic structure. Three-dimensional
solar cells have an efficiency of 25.47% of inner transformation. Battery Solar3D are capturing
sunlight in a fairly wide range of incidence angles, so these batteries can not only produce
electricity during the day but in the morning, evening and in the winter months without the use of
mechanical systems track the sun.
In Latvia, climate is temperate maritime with long cold winters and warm short summers,
during the year only 30-40 sunny days. Potential of solar energy in Latvia with the same potential in
Germany, Denmark and England. During the winter months on solar energy accounts for 0.5-0.8
kW / sq.m. / Hour, in summer this figure is 2.6 kW / sq.m. / Hour.
At Latvian conditions, one solar system in 30-apartment building can save an average of 25 to
30 megawatt-hours per year. According SINERGO data to produce electricity using solar radiation,
not heat. Therefore, solar panels generate electricity regardless of temperature, even in cloudy or
rainy weather and sunny winter months when the air temperature can be at minus 20 C.
In 2008 the first and largest in Europe SES for heating and ventilation - Solar Wall established
in the logistics center Elipse BLC (Riga Airport). Power plant warms the air, provides room
ventilation and reduces heat consumption by 20-70% (savings of 970 MW • h of energy per year).
In 2012, in Latvia the first and largest in the Baltic station industrial use solar cells with an area
of over 700 m2 and a total capacity of 120 kW • h Solar energy is used in the processing of oily
waste company Eko Osta, thanks to this year for CO2 emissions are reduced by 62,328 kg. Riga
Energy Agency calculations show that 1 sq.m. solar collector or in Latvia can give 350-450 kWh of
energy per month.
„Latvijas klimatam potenciāli piemērotu mūsdienīgu sistēmisku tehnoloģisko risinājumu prototipu,
konstrukciju un materiālu apzināšana un atlase.”
Projekts (vienošanās Nr. 2013/0027/1DP/1.1.1.2.0/13/APIA/VIAA/007)
1. Saules enerģijas izmantošanas stāvoklis un perspektīvas
1.Анализ состояния и перспектив развития солнечной энергетики в
Латвии
1.Analysis of the status and prospects of solar energy development in Latvia
1.1. Состояние и перспективы использования солнечной энергии в мире
Status and prospects of solar energy in the world
По определению солнечная энергетика (СЭ) — направление нетрадиционной
энергетики, основанное на непосредственном использовании солнечного излучения для
получения энергии в каком-либо виде. Солнечная энергетика использует неисчерпаемый
источник энергии и является экологически чистой, то есть не производящей вредных
отходов. Производство энергии с помощью солнечных электростанций (СЭС) хорошо
согласовывается с концепцией распределённого производства энергии.
Поток солнечного излучения, проходящий через площадку в 1 м², расположенную
перпендикулярно потоку излучения на расстоянии одной астрономической единицы от
центра Солнца (на входе в атмосферу Земли), равен 1367 Вт/м² (солнечная постоянная). Из-за
поглощения, при прохождении атмосферной массы Земли, максимальный поток солнечного
излучения на уровне моря (на Экваторе) — 1020 Вт/м²[2/1]. Однако следует учесть, что
среднесуточное значение потока солнечного излучения через единичную горизонтальную
площадку как минимум в три раза меньше (из-за смены дня и ночи и изменения угла солнца
над горизонтом). Зимой в умеренных широтах это значение в два раза меньше. Возможная
выработка энергии уменьшается из-за глобального затемнения — уменьшения потока
солнечного излучения, доходящего до поверхности Земли.
Несмотря на то, что доля СЭ в использовании ВИЭ меньше ветроэнергетики (рис. 1),
при определенных климатических, экономических и политических условиях она, скоро
может стать реальным конкурентом традиционной энергетике,[2/2].Количество солнечной
энергии, поступающей на Землю, превышает энергию всех мировых запасов нефти, газа,
угля и других энергетических ресурсов, в том числе возобновляемых. Использование всего
лишь 0,0125% солнечной энергии могло бы обеспечить все потребности мировой
энергетики, а использование 0,5% – полностью покрыть потребности в будущем. Потенциал
солнечной энергии настолько велик, что, по существующим оценкам, солнечной энергии,
поступающей на Землю каждую минуту, достаточно для того, чтобы удовлетворить текущие
глобальные потребности человечества в энергии в течение года.
„Latvijas klimatam potenciāli piemērotu mūsdienīgu sistēmisku tehnoloģisko risinājumu prototipu,
konstrukciju un materiālu apzināšana un atlase.”
Projekts (vienošanās Nr. 2013/0027/1DP/1.1.1.2.0/13/APIA/VIAA/007)
Рисунок 1 - Структура использования ВИЭ в мире, [2/2].
Figure 1 - Structure of the use of renewable energy sources in the world.
Тенденцию к развитию альтернативных источников энергии формируют
международные соглашения и акты; так среди основных целей развития тысячелетия ООН –
обеспечение экологической устойчивости. Основными задачами являются: включить
принципы экологически рационального развития в национальные стратегии и программы,
обратить вспять процесс утраты природных ресурсов.
С помощью СЭ возможно решение проблем по предотвращению изменения климата:
- снижение выбросов углекислого газа;
- сохранение экологии, лесных массивов;
- повышение энергоэффективности.
Объем рынка основных технологий альтернативной энергетики в 2018 г., по сравнению
с 2008 г. увеличится почти в 3 раза (при этом рост составит 64%). Рост рынка солнечной
энергетики составит 63%, ветровой – 63%, биотоплива – 67%.
Однако, будущее возобновляемой энергетики существенно зависит от государственной
поддержки – это льготные тарифы, налоговые льготы, квоты на доли
рынка.Правительственная поддержка в развитие возобновляемой энергетики может быть
оправдана экономическими выгодами в долгосрочном периоде, энергетической
безопасностью и экологическими выгодами, которую могут принести возобновляемые
источники энергии (ВИЭ), посредством экономической эффективности механизмов
поддержки.
Солнечная энергетика (СЭ) – одно из наиболее перспективных направлений развития
ВИЭ. По оценкам специалистов (German Advisory Council on Global change [2/3], к 2100 году
солнце станет доминирующим источником энергии на планете, рис.2.
„Latvijas klimatam potenciāli piemērotu mūsdienīgu sistēmisku tehnoloģisko risinājumu prototipu,
konstrukciju un materiālu apzināšana un atlase.”
Projekts (vienošanās Nr. 2013/0027/1DP/1.1.1.2.0/13/APIA/VIAA/007)
Рисуноk 2 - Прогноз энергетического баланса в мире до 2100 года [2/3].
По горизонтали энергия: 1 ЭДж = 278 млрд кВт*ч, 100 ЭДж = Годовое потребление США.
Figure 2 - Forecast-energy balance in the world until 2100.
Horizontally - energy: 1 EJ = 278 billion kWh, 100 EJ = Annual consumption of U.S.
Особенно интенсивно СЭ развивается только в последнее десятилетие. По оценке
Branan, которая специализируется по солнечным коллекторам, в 2012 году установленная
мощность СЭв мире составила объема 102ГВт, что составляет более 2-3% от общего объема
производимой энергии. Ежегодный прирост СЭ в мире за последние пять лет составил в
среднем около 50%.К 2050 годуСЭможет обеспечить 20-25% потребностей человечества в
электричестве и сократит выбросы углекислоты [2/4]. По мнению экспертов
Международного энергетического агентства (IEA), СЭ через 40 лет при соответствующем
уровне распространения передовых технологий будет вырабатывать около 9 тысяч тераватт-
часов — или 20-25% всего необходимого электричества, это обеспечит сокращение выбросов
углекислого газа на 6 млрд тонн ежегодно. Энергоокупаемость СЭС меньше 30 лет.
Несмотря на то, что на основной территории Европы солнечное излучение не сильное,
рис.3, согласно данным, представленным Европейской ассоциацией фотовольтаической
индустрии (EPIA), в 2013 году сектор СЭ прибавил 37 ГВт мощностей, что составило
прирост на 20,3 % [2/5]. По мнению экспертов приблизительно такой же уровень роста стоит
ожидать и в этом году. По мнению специалистов, ведущую роль в развитии СЭ в 2014 будет
играть Китай, который сейчас является крупнейшим разработчиком солнечных технологий,
оставив позади Японию и США. Благодаря поддержке этой отрасли ВИЭ Китай сможет
добавить от 10 до 14 ГВт дополнительных мощностей.
„Latvijas klimatam potenciāli piemērotu mūsdienīgu sistēmisku tehnoloģisko risinājumu prototipu,
konstrukciju un materiālu apzināšana un atlase.”
Projekts (vienošanās Nr. 2013/0027/1DP/1.1.1.2.0/13/APIA/VIAA/007)
Solar Radiation Map of Europe: Global Horizontal Irradiance Map of Europe, SolarGIS
Рисунок 3 - Карта солнечного излучения — Европа [2/1]. Figure 3- Solar Radiation Map of Europe: Global Horizontal Irradiance Map of Europe, SolarGIS.
Бразилия, Чили, Таиланд и Австралия — это самые новые развивающиеся рынки СЭ,
которые в 2014 году внесут большой вклад в развитие отрасли. В Африке первая в Марокко
СЭС «Нур» («Свет»), которая строится в юго-восточной провинции Уарзазат, будет введена
в эксплуатацию и станет частью национальной электрической системы в августе 2015 год.
Китайская компания China Singyes Solar Technologies Holdings объявила о старте реализации
проекта, в рамках которого в провинции Ганьсу в течение 5 лет должна быть построена
новая СЭС мощностью 1100 МВт.
Bloomberg New Energy Finance — ведущий в мире поставщик новостей и
аналитических обзоров рынка чистых технологий провел анализ и составил картину того, как
будет развиваться СЭ. Результаты показали, что отрасль способна за 2014 года вырасти
на 44,5 ГВт, увеличив тем самым показатели солнечной промышленности по сравнению с
прошлым годом на 20,9 %. Большинство компаний-производителей солнечных модулей
расположены в Азии – Китай, Тайвань, Япония. Можно выделить следующие крупные
компании на рынке СЭ: IHS Inc., Deustche Bank AG, HSBC Holdings Plc, Citigroup Inc., Yingli,
NPD Solarbuzz, Wacker Chemie AG и PricewaterhouseCoopers LLP. На рис. 4 показаны
суммарные мощности крупнейших производителей фотоэлементов (на конец 2012 г.) [2/5].
Каждый квадратный метр земной поверхности находится под потоком солнечного
излучения, мощность которого составляет от около 100 Вт в пасмурный зимний день до
более 1000 Вт в ясный день вблизи экватора [2/6]. Солнечная энергия, достигающая
„Latvijas klimatam potenciāli piemērotu mūsdienīgu sistēmisku tehnoloģisko risinājumu prototipu,
konstrukciju un materiālu apzināšana un atlase.”
Projekts (vienošanās Nr. 2013/0027/1DP/1.1.1.2.0/13/APIA/VIAA/007)
поверхности Земли, превышает все потребности человечества в энергии примерно в 10 тыс
раз, но сейчас доля СЭ в глобальном энергобалансе составляет лишь около 0,1%.
Рисунок 4 – Суммарные мощности производителей фотоэлементов [2/5].
Figure 4 - The total capacity of photocells producers.
Энергию солнца человечество использует давно. Сегодня около 95% многоквартирных
домов в Израиле оснащены солнечными водонагревателями, помогающими экономить около
4% энергии в масштабах страны, а в Китае такими устройствами в 2009 г. пользовались
около 60 млн семей. От солнечных батарей работают космические спутники, их широко
применяют в отдаленных районах Азии и Африки, где нет доступа к электросетям. В Индии
существует проект замены 4-5 млн дизельных водяных насосов в деревнях на солнечные
установки, что позволит сэкономить около 1000 МВт мощности. Солнечные коллекторы
помогают нагревать техническую воду на промпредприятиях и отапливать помещения.
Мощность солнечного излучения сильно колеблется в зависимости от погоды и
времени суток. Для эффективного концентрирования солнечных лучей необходимо
постоянно ориентировать специальные отражатели, что тоже требует немалого расхода
энергии. Стоимость солнечных батарей, напрямую преобразующих солнечное излучение в
электроэнергию, высока. Тем не менее, с начала 80-х годов в ряде стран ведутся
исследования и реализуются проекты, направленные на использование солнечной энергии в
рамках "большой" энергетики. Мощность крупнейших СЭС достигает десятков мегаватт, что
перспективно, так как снижается зависимость от традиционных энергоносителей, сжигание
которых сопровождается выбросами "парникового" углекислого газа, с помощью
общедоступной и бесплатной энергии солнца. Кроме того, СЭ относится к сфере высоких
технологий, ее развитие способствует увеличению научного потенциала государства,
созданию рабочих мест.
0
500
1000
1500
2000
2500
МВт
„Latvijas klimatam potenciāli piemērotu mūsdienīgu sistēmisku tehnoloģisko risinājumu prototipu,
konstrukciju un materiālu apzināšana un atlase.”
Projekts (vienošanās Nr. 2013/0027/1DP/1.1.1.2.0/13/APIA/VIAA/007)
Действующие СЭС делятся на два типа. Первый и наиболее распространенный тип –
это фотовольтаические (photo voltaic, PV) станции, в которых происходит
непосредственное преобразование солнечного излучения в электроэнергию (э/э) с помощью
множества отдельных фотобатарей (модулей) [2/7].
Основное преимущество модульных СЭС заключается в сравнительной простоте и
отработанности их конструкции. Для солнечных батарей используется сверхчистый
полупроводниковый кремний, производство которого уже налажено во многих странах.
Крупнейшая в мире СЭС этого типа — Finsterwalde Solar Park, находящаяся в Германии на
границе с Польшей, была введена в строй в 2010 г. Мощность всех трех очередей достигает
80.7 МВт. На втором месте станция Sarnia Solar Facility, расположенная в канадской
провинции Онтарио с максимальную мощностью 80 МВт и генерирующая около 120 тыс
МВтч э/э в год с помощью более миллиона отдельных модулей.
В последние годы все более широкое применение получают тонкопленочные
фотоэлементы, наиболее перспективным из которых на сегодняшний день считается GICS —
материал на основе галлия, меди, индия и селена. Их КПД ниже, чем у традиционных
кремниевых фотобатарей, но они существенно дешевле. Фотоэлементы генерируют э/э не
только в солнечную погоду, но и в пасмурный день, используя рассеянный солнечный свет,
хотя их мощность в таком случае значительно падает.
Второй тип СЭС использует концентрированную солнечную энергию (concentrated
solar power, CSP-станции). В установках этого типа солнечный свет собирается с помощью
зеркал-отражателей и концентрируется на приемнике с теплоносителем. В ясный солнечный
день его температура может достигать 500-700 градусов, что позволяет использовать в
системе стандартные турбины, устанавливаемые на ТЭС, или двигатели Стирлинга.
Теоретически, можно построить CSP-станцию практически любой мощности. Однако
концентраторы солнечной энергии пока дороги и не очень эффективны. Они обладают тем
несомненным преимуществом перед фотобатареями, что могут "запасать" энергию за счет
разогрева теплоносителя днем и постепенного его остывания ночью. Но конструкция таких
станций значительно сложнее, чем у СЭС PV-типа, поскольку отражатели надо не просто
ориентировать по солнцу, но и устанавливать их так, чтобы лучи концентрировались в одной
точке. Такая станция практически бездействует в пасмурные дни. Отдельная проблема, не
решенная до сих пор, — выбор теплоносителя. В существующих установках пока не удалось
получить нагрев водяного пара до температуры свыше 250 градусов, что ограничивает КПД
„Latvijas klimatam potenciāli piemērotu mūsdienīgu sistēmisku tehnoloģisko risinājumu prototipu,
konstrukciju un materiālu apzināšana un atlase.”
Projekts (vienošanās Nr. 2013/0027/1DP/1.1.1.2.0/13/APIA/VIAA/007)
турбины. В ряде экспериментальных установок солнце нагревает не воду, а масло или даже
расплавленную соль, испытывающую фазовый переход при температуре 305 градусов.
Построенная в 2011 году недалеко от города Севилья, что в южной Испании, СЭС
занимает площадь в 185 гектар[2/8]. Симметричные, расположенные по концентрическим
спиралям, зеркальные панели являются частью первой в мире солнечной электростанции,
которая генерирует электроэнергию в ночное время, рис. 5. Она состоит из 2650-ти
массивных зеркальных панелей, которые фокусируют солнечный свет (примерно 95
процентов) на огромный приемник, расположенный в центре.
Рисунок 5 - Gemasolar: электростанция, которая генерирует электроэнергию и в ночное
время (27.08.2011), [2/8]. Figure 5 - Gemasolar: solar power station which generate electricity at night.
Главной отличительной особенностью этой электростанции является инновационная
технология накопления солнечной энергии в ночное время. В резервуарах находится
расплавленная соль, которая нагревается до 900 градусов, а затем используется для
производства пара, который в свою очередь запускает турбины электростанции.
Этот гениальный проект общей стоимостью 425 млн. долл. США, названный
Gemasolar, был разработан совместными усилиями специалистов Masdar, энергетической
компании из Абу-Даби, и TorresolEnergy, филиала испанской инжиниринговой компании
SENER.Расплавленная соль в этих резервуарах может вырабатывать э/э в течение 15 часов,
что вполне достаточно для работы электростанции в течение всей ночи или во время сильной
облачности. Согласно расчетам разработчиков, учитывая преимущественно солнечную
погоду на юге Испании, эта СЭС будет гарантированно работать и вырабатывать чистую
„Latvijas klimatam potenciāli piemērotu mūsdienīgu sistēmisku tehnoloģisko risinājumu prototipu,
konstrukciju un materiālu apzināšana un atlase.”
Projekts (vienošanās Nr. 2013/0027/1DP/1.1.1.2.0/13/APIA/VIAA/007)
энергию 270 дней в году, что приблизительно в три раза превышает возможности других
СЭС. Проектная выходная мощность Gemasolar составляет 110 ГВт в год, что эквивалентно
объему потребляемого электричества 25 тысяч испанских домохозяйств.
По мнению экспертов, перспективы имеет и первый, и второй тип СЭС. В некоторых
проектах предусматривается одновременная комбинированная установка фотобатарейи
концентраторов солнечной энергии. В последние годы солнечной энергией заинтересовались
страны Персидского залива. По оценке британского банка Standard Chartered, 57% э/э в
Саудовской Аравии и 70% в Кувейте генерируется на энергоблоках, где сжигаются
нефтепродукты. Практически все 3 ГВт резервных мощностей в Саудовской Аравии,
которые включаются только во время пиковой нагрузки на энергосистему, являются
нефтяными. Как считает аналитик компании Environmental Power Systems Сами Хорейби,
именно в пиковые периоды с 11.00 до 15.30, когда потребление достигает максимума
вследствие интенсивной работы кондиционеров, солнце может стать подходящей
альтернативой нефти [2/9].
В 2010 году совокупная мощность китайских СЭС составляла менее 350 МВт, но уже к
2020 году этот показатель планируется довести до 10 ГВт. В 2013 году китайские
производители фотобатарей экспортировали 98% своей продукции, однако через несколько
лет эта доля должна сократиться до 50%.
Американское Министерство энергетики пока не устанавливает никаких целей и
ориентиров в части объемов генерации "солнечной" э/э. Однако его специалисты
прогнозируют, что к 2035 г. лишь 14% э/э в США будет получено из возобновляемых
источников. Цель достаточно скромная, но достижимая.
В последние месяцы в странах Персидского залива анонсировано несколько крупных
проектов в области СЭ. В рамках проекта строительства экологически чистого города
Масдар-Сити в ОАЭ планируется возвести CSP-станцию мощностью 100 МВт. Компания
Shams Power, оператор проекта, в конце марта получила на него $600 млн от группы
региональных и международных банков. Компания Belectric, мировой лидер в
проектировании и строительстве СЭС, в начале апреля заключила соглашение с саудовской
фирмой Sun & Life о возведении PV-станции на 10 МВт. При этом более 120 тыс модулей
фотобатарей планируется установить над автостоянкой на 4500 тыс мест.
В 2009 году группа из более 30 ведущих европейских банков и энергетических
компаний объединилась в поддержке инициативы Desertec, в рамках которойпредполагается
установить в Сахарской пустыне несколько сотен миллионов фотобатарей. Проект
„Latvijas klimatam potenciāli piemērotu mūsdienīgu sistēmisku tehnoloģisko risinājumu prototipu,
konstrukciju un materiālu apzināšana un atlase.”
Projekts (vienošanās Nr. 2013/0027/1DP/1.1.1.2.0/13/APIA/VIAA/007)
невообразимой стоимостью в 400 млрд евро рассчитан на 40 лет, а мощность установленных
солнечных панелей достигнет около 110 ГВт. В рамках отдельного проекта Transgreen эту
энергию планируется передавать в Европу по сети высоковольтных подводных кабелей.
Недавно Япония вывела из эксплуатации последний атомный реактор, и поскольку
скорость ветра в стране мала, то СЭ развивается с большими темпами. Сейчас в Японии нет
ни одного легального бизнеса выгоднее солнечной электрогенерации, так как цены на
фотоэлементы падают быстро, а закупочные цены на энергию от них растут предельно
медленно. Внедренческий гелиоэнергетический бум привёл даже к дефициту фотоэлементов,
хотя Япония, занимает третье место в мире по их производству, рис. 6. Только в апреле-мае
2013-го и только крупными электростанциями был введён в строй 1 ГВт установленной
мощности солнечных батарей, всего же — за два месяца — 1,23 ГВт. В конце 2012-го в
Японии вместо 14 ГВт было всего 7 ГВт, и его доля с 2,5% от всех японских генерирующих
мощностей запросто может возрасти до 5%.
Рисунок 6 - Фотогальванические батареи в Японии, [2/9].
Figure 6 - Photovoltaic batteries in Japan.
Японская компания Sanyo планировала отметить 50-летие в удивительном,
инновационном сооружении (рис. 7), которое является крупной гелиоэлектростанцией и
обеспечивает свое энергопотребление. Сегодня это здание является анахронизмом, так как
невероятный прогресс СЭ растоптал и к.п.д., и стоимость солнечных батарей сооружения
[2/8]. В самое ближайшее время Япония планирует построить крупнейшую в мире СЭ,
которая будет работать с огромной прибылью.
„Latvijas klimatam potenciāli piemērotu mūsdienīgu sistēmisku tehnoloģisko risinājumu prototipu,
konstrukciju un materiālu apzināšana un atlase.”
Projekts (vienošanās Nr. 2013/0027/1DP/1.1.1.2.0/13/APIA/VIAA/007)
Рисунок 7 - Одна из крупных СЭС в Японии - здание компании Sanyo [2/8].
Figure 7 - One of the largest solar power plants in Japan is building of the Sanyo.
Фотоэлектрические элементы могут устанавливаться на различных транспортных
средствах: лодках, электромобилях и гибридных автомобилях, самолётах, дирижаблях и т. д.
Ещё 20 ноября 1980, Стив Птачек совершил полет на самолёте Solar Impulse, питающемся
только солнечной энергией. В 2010 г. солнечный пилотируемый самолет продержался в
воздухе 24 часа, рис. 8. Военные испытывают большой интерес к беспилотным летательным
аппаратам (БПЛА) на солнечной энергии, способным держаться в воздухе чрезвычайно
долго — месяцы и годы.
Рисунок 8 - Беспилотный самолёт Helios с фотоэлементами на крыльях [2/8].
Figure 8 - An unmanned aircraft Helios with solar cells on the wings.
Фотоэлектрические элементы вырабатывают электроэнергию, которая используется
для бортового питания транспортного средства, или для электродвигателя электрического
транспорта. В Италии и Японии фотоэлектрические элементы устанавливают на крыши ж/д
поездов. Они производят электричество для кондиционеров, освещения и аварийных систем.
Компания Solatec LLC продаёт тонкоплёночные фотоэлектрические элементы для установки
на крышу гибридного автомобиля Toyota Prius. Тонкоплёночные фотоэлементы имеют
„Latvijas klimatam potenciāli piemērotu mūsdienīgu sistēmisku tehnoloģisko risinājumu prototipu,
konstrukciju un materiālu apzināšana un atlase.”
Projekts (vienošanās Nr. 2013/0027/1DP/1.1.1.2.0/13/APIA/VIAA/007)
толщину 0,6 мм, что никак не влияет на аэродинамику автомобиля. Фотоэлементы
предназначены для зарядки аккумуляторов, что позволяет увеличить пробег автомобиля на
10 %. Стоимость кристаллических фотоэлементов на 40—50 % состоит из стоимости
кремния. В 2013 году цена киловатт-часа в регионах с большим количеством солнца
(Северная Африка или Южная Калифорния) составила менее 10 евроцентов, а в некоторых
регионах 6-7 центов.
Самым новым примером внедрения современных технологий СЭ в Европе является
железнодорожный вокзал в Роттердаме, один из крупнейших железнодорожных узлов
Нидерландов, [2.11-1]. Построенный еще в 1957 году и основательно устаревший, он
подвергся реконструкции. В результате совместных усилий архитектурных компаний
Benthem Crouwel Architects, MVSA Architects и West 8 вокзал расширен, модернизирован и
превращен в «зеленый» объект с солнечными батареями на крыше, рис. 9.
Рисунок 9 - Железнодорожный вокзал в Роттердаме после реконструкции [2.11-1].
Figure 9 - Railway station in Rotterdam after reconstruction [2.11-1].
Для его строительства использованы натуральные материалы из дерева. Второй
важный материал, определивший новый облик железнодорожного вокзала в Роттердаме,
стекло. Вместо сплошной крыши здание имеет прозрачный купол атриума, через который
внутрь попадает солнечный свет, что позволяет практически не использовать искусственное
освещение днем. Самое главное - электричество обновленный вокзал получает из «зеленых»
источников: примерно треть поверхности крыши здания покрыта солнечными панелями,
которые смогут вырабатывать 320 мегаватт в год.
К факторам, которые в различной степени влияют на развитие СЭ, можно отнести
следующие:
• Климатические условия, которые влияют на выбор той технологии СФЭУ, которая
наилучшим образом подходит для конкретного региона.
„Latvijas klimatam potenciāli piemērotu mūsdienīgu sistēmisku tehnoloģisko risinājumu prototipu,
konstrukciju un materiālu apzināšana un atlase.”
Projekts (vienošanās Nr. 2013/0027/1DP/1.1.1.2.0/13/APIA/VIAA/007)
• Государственная поддержка - наличие законодательных экономических стимулов к
развитию СЭ оказывает решающее значение на ее развитие. Среди видов государственной
поддержки, успешно применяющихся в ряде стран Европы и США, можно выделить:
льготный тариф для СЭС, субсидии на строительство СЭС, различные варианты налоговых
льгот, компенсация части расходов по обслуживанию кредитов на приобретение СФЭУ.
• Стоимость оборудования и технологий производства электроэнергии СЭС остается
высокой. От снижения стоимости 1Вт установленной мощности СФЭУ зависит спрос на
СФЭУ. Снижение стоимости достигается за счет повышения КПД, снижения
технологических затрат и снижения рентабельности производства (влияние конкуренции).
Потенциал снижения стоимости 1 кВт мощности в диапазоне от 5% до 15% в год зависит от
технологии.
• На рынок СЭ положительно может повлиять ужесточение экологических норм
(ограничений и штрафов) вследствие возможного пересмотра Киотского протокола.
Совершенствование механизмов продажи квот на выбросы может дать новый экономический
стимул для рынка СФЭУ.
• Баланс спроса и предложения э/э - реализация планов по строительству и
реконструкции генерирующих и электросетевых мощностей компаний, существенно
увеличит предложение на э/э, что повлияет на цену на оптовом рынке э/э.
Но СЭ нельзя назвать экологически безопасной, так как получение чистого кремния
для фотобатарей является "грязным" и очень энергозатратным производством.
Строительство СЭС требует отведения обширных земель, сравнимых по площади с
водохранилищами ГЭС. Размещение фотопанелей всего на 3% территории Сахары
полностью бы решило все энергетические проблемы человечества, однако искомые 3%, т.е.
почти 260 тыс кв. км. Даже если солнечные концентраторы и фотобатареи устанавливаются
на некоторой высоте над землей (что требует дополнительных затрат), они затеняют землю,
изменяют микроклимат, приводят к избыточному нагреву воздуха над станцией.
Еще одна проблема заключается в высокой волатильности СЭ. Как заявляют
немецкие специалисты, уже прошлым летом в солнечные дни избыточная генерация
«солнечной» э/э оказывала серьезную нагрузку на электросети. Чтобы безболезненно
включать СЭС в энергосистему, необходимо, во-первых, иметь значительные резервные
мощности, использующие традиционные энергоносители, которые можно было бы
подключить ночью или в пасмурные дни, а во-вторых, провести масштабную и
дорогостоящую модернизацию электросетей. В Германии солнечная и ветровая энергетика
„Latvijas klimatam potenciāli piemērotu mūsdienīgu sistēmisku tehnoloģisko risinājumu prototipu,
konstrukciju un materiālu apzināšana un atlase.”
Projekts (vienošanās Nr. 2013/0027/1DP/1.1.1.2.0/13/APIA/VIAA/007)
успешно развивается при поддержке государства, к 2050 году планируется получать 80%
электроэнергии из ВИЭ и полностью вывести из эксплуатации все атомные электростанции,
рис.10. Немецкие специалисты убеждены, что вопрос накопления энергии с использованием,
когда надо, а не когда приходится, будет обязательно решен и очень скоро.
Есть еще один важный аргумент в пользу развития ВИЭ: сегодня в Германии это
достаточно развитая и стабильная индустрия, где работает около 400 тыс. человек (примерно
столько же работает в немецком автопроме), и по прогнозам за 2-3 года количество рабочих
мест в секторе «renewables» удвоится.
Рисунок 10 – Соотношение источников энергии в Германии по годам [2/12].
Figure 10 - The ratio of energy sources in Germany by years.
Актуальность и перспективность СЭ подтверждается тем, что с целью продвижения
инноваций, способствующих сохранению и улучшению экологии планеты и здоровья
человечества ведущие научные центры проводят международные конференции и выставки
новых технологий по использованию солнечной энергии, конкурсы и соревнования, как
например, соревнования экологических лодок, использующих энергию солнца (Россия,
Москва, апрель, 2014).
2/1 http://ru.wikipedia.org/wiki/
2/2 http://hi-news.ru/technology/solnechnaya-energetika-v-2014-godu-prognozy-analitikov.html
2/3 http://www.perfectplumber.co.uk/renewable.html
2/4 http://www.wksolar.com/products/compact-pressurized-solar-water-heater
2/5 http://greenevolution.ru/2014/02/28/bloomberg-finance-mirovoj-rynok-solnechnoj-energetiki-
2/6 www.energyakademgorodok.lact.ru
2/7 http://www.cheburek.net/energiya-solnca/gemasolar-elektrostanciya
2/8 http://cleantechnica.com/2014/01/21/4-gw-new-solar-pv-capacity-added-japan/
2/9 http://www.shutterstock.com
2/10 http://compulenta.computerra.ru/tehnika/energy/10009368/
2.11 http://sun-shines.ru/news/761-railway-station-rotterdam-installed-solar-panels
2/12 http://www.energy-fresh.ru/solarenergy/analitics/?id=1931
„Latvijas klimatam potenciāli piemērotu mūsdienīgu sistēmisku tehnoloģisko risinājumu prototipu,
konstrukciju un materiālu apzināšana un atlase.”
Projekts (vienošanās Nr. 2013/0027/1DP/1.1.1.2.0/13/APIA/VIAA/007)
1.2. Состояние и перспективы развития солнечной энергетики в Латвии
Латышский климат умеренный морской с достаточно продолжительной холодной
зимой, теплым коротким летом и значительным количеством осадков. Средняя температура
летом - около 15,8°C и зимой – 4,5°C. Продолжительность отопительного сезона составляет в
среднем 200-210 дней в год. Самый солнечный и сухой месяц — май. Лето часто прохладное
и дождливое, выше нуля температура держится 125—155 дней в году. Небо часто затянуто
облаками, число солнечных дней — всего 30-40 в год[2/1]. Несмотря на эту официальную
информацию, из приведенной на рис.11 карты солнечного излучения, видно, что в Латвии
потенциал солнечной энергии одинаковый с потенциалом в Германии, Дании и Англии, где
солнечные панели используются уже очень давно и в большом количестве. До 30/06/2013 в
Германии было установлено солнечных батарей с общей мощностью 34,24ГВт или
34’240’000 кВт. В Латвии только 668кВт, что составляет только 0,002% от установленной
мощности солнечных батарей в Германии.
Рисунок 11 - Карта солнечного излучения [2/12].
Figure 11 - Status and prospects of solar energy development in Latvia.
Потенциал использования солнечной энергии в Латвии сопоставим со многими
европейскими странами в виду географического положения и особенностей климата страны.
В зимние месяцы на солнечную энергию приходится 0,5-0,8 Квт/кв.м./час, летом данный
показатель достигает 2,6 Квт/кв.м./час [2/13].
Проекты солнечных электростанций являются для Латвии действительно
трудновыполнимыми пока, многие фирмы и научные организации проводят исследования в
„Latvijas klimatam potenciāli piemērotu mūsdienīgu sistēmisku tehnoloģisko risinājumu prototipu,
konstrukciju un materiālu apzināšana un atlase.”
Projekts (vienošanās Nr. 2013/0027/1DP/1.1.1.2.0/13/APIA/VIAA/007)
этом направлении. Несмотря на эти выкладки, солнечная энергетика принадлежит к числу
разрабатываемых в Латвии отраслей. Так, под конец 2008 года в стране заработала первая и
одна из крупнейших в Европе установок для обогрева и вентиляции помещений на
солнечной энергии - Solar Wall [2/14]. Эта "солнечная стена", разработанная канадской
компанией Conserval Engineering, установлена в логистическом центре Elipse BLC, в
Рижском аэропорту. Энергетическая установка согревает воздух, обеспечивает
проветривание помещений и позволяет сократить расход теплоэнергии на 20-70% (что
позволяет сэкономить 970 МВт•ч энергии в год или 50 тыс. евро).
В 2008 году сотрудники Физико-энергетического института (ФЭИ) превратили
обычную крышу своего здания в полигон, призванный изучить возможность использования
солнечной энергии в нашей стране [2/15]. Затраты на создание солнечного полигона
составляют более 100 тыс. латов, которые получены из средств европейских структурных
фондов и из латвийской программы финансирования государственных исследований.
Основные направления исследований — изучение возможностей производства
электричества и нагрева воды при помощи солнечной энергии. Этим проектом руководит
профессор Петерис Шипков, который говорит: «Мы хотим проверить, насколько эффективно
можно использовать энергию Солнца в Латвии, в наших северных широтах. У нас есть
разные модели солнечных батарей и панелей, и мы смотрим, при каких условиях какие
результаты получатся на каждой из них. Об итогах говорить рано — прошло мало времени, к
тому же сейчас зима». Все полученные на полигоне данные фиксируются автоматически, что
позволяет четырем сотрудникам института обеспечивать работу солнечного полигона. Пока
это сугубо латвийский проект, но когда у сотрудников Физико-энергетического института
появятся первые результаты, он будет включен в европейскую программу
"Интеллектуальная энергия Европы" (Intelligent Energy Europe — IEE). Не секрет, что
солнечная энергия — один из приоритетов в энергетике Евросоюза, поэтому работа
латвийских ученых в этой области актуальна.
Не отстают и промышленные организации и компании. В районе Аизкраукле было
реализовано два пилотных проекта: посредством солнечной энергии осуществлялось
отопление гимназии, солнечная энергия была включена в централизованную отопительную
систему [2/16]. В 2012 году в Латвии построили первую СЭС для промышленного
использования, которая сейчас и самая большая в странах Балтии. Суммарная мощность
солнечной электростанции достигает 120 кВт•ч, а площадь солнечных элементов — свыше
700 м2, рис.12. За год станция может вырабатывать от 150 до 200 тыс. кВт энергии. Компания
„Latvijas klimatam potenciāli piemērotu mūsdienīgu sistēmisku tehnoloģisko risinājumu prototipu,
konstrukciju un materiālu apzināšana un atlase.”
Projekts (vienošanās Nr. 2013/0027/1DP/1.1.1.2.0/13/APIA/VIAA/007)
«Eko Оsta», специализирующаяся на переработке промышленных отходов, инвестировала в
проект около 60% необходимых средств, остальная сумма была получена из фондов
Европейского Союза. Цель проекта — уменьшить выброс в атмосферу углекислых газов от
очистительных сооружений и развивать использование солнечной энергии в переработке
нефтесодержащих отходов, чем занимается компания Eko Osta. Благодаря этому
инновационному проекту в течение года выбросы CO2 уменьшаться на 62 328 кг. «До этого
наши очистительные сооружения использовали остатки нефтепродуктов как топливо, что
естественно порождает выброс CO2 в атмосферу.
Рисуноk 12- Фрагмент первой в Латвии солнечной электростанции
компании «Eko Оsta для промышленного использования [2/16].
Figure 12 - Fragment of the first in Latvia solar power station of «Eko Osta for industrial
applications.
Проект использования солнечной энергии для обеспечения работы промышленного
предприятия кардинально новое решение для Латвии, и это будущее. Андрейс Лашковс
подчеркивает: «Этим проектом мы хотим разрушить миф о том, что использование
солнечной энергии в наших климатических условиях для промышленных целей не
рентабельно. Мы подсчитали, что проект окупиться в течение 7 лет». Проект солнечной
электростанции продолжает уже ранее реализованные компанией Eko Osta «зеленые
проекты» с привлечением латвийских ученых — компания в 2009 году инвестировала более
2 миллионов лат в проект очистительных сооружений на территории порта, которые
являются самыми современными в Балтийском морском регионе.
Согласно исследованиям Института физической энергетики, в латвийских условиях
одна такая система солнечных коллекторов в 30-квартирном доме экономит в среднем от 25
до 30 мегаватт-часов в год [2/17]. Авторитетные представители 15 работающих в Латвии
„Latvijas klimatam potenciāli piemērotu mūsdienīgu sistēmisku tehnoloģisko risinājumu prototipu,
konstrukciju un materiālu apzināšana un atlase.”
Projekts (vienošanās Nr. 2013/0027/1DP/1.1.1.2.0/13/APIA/VIAA/007)
предприятий в отрасли солнечных коллекторов составили открытое письмо о представлении
возможностей по использовании солнечных коллекторов. Технический директор SIA „Saules
kolektors” и инициатор написания письма Дайнис Миллерсонс указывает, что еще одна цель
предприятий отрасли заключается в достижении того, чтобы из будущих программ по
утеплению зданий при финансировании Европейского фонда регионального развития
(ERAF) были исключены пункты, запрещающие установку систем солнечных коллекторов.
Солнечные коллекторы намного эффективнее, чем «каменная вата и стеклопакеты», которые
тоже снижают счета за отопление для жителей. Они позволяют предприятиям и простым
людям получить дешевую горячую воду, сэкономив до 70% энергии, которая ежегодно
тратится на подогрев воды. если правильно установить системы солнечных коллекторов.
СЭ крайне не реализуется в Латвии по причине отсутствия популяризации этой отрасли
СМИ и государством. Большинство – это 80-85% населения уверено, что солнечная
технология преобразования энергии неэффективна в наших широтах и имеет очень высокую
стоимость, [2/18-2/22]. Конечно стоимость сетевого э/э дешевле, чем солнечного, но доступ к
централизованному электроснабжению есть не у всех. Многим дачникам и владельцам
домов приходится довольствоваться генераторной станцией, работающей на дизеле, бензине
или газе, стоимость которых все время растет. Если сравнивать солнечные батареи с
генераторными электростанциями, то единственным минусом у первых будет высокая
первоначальная стоимость. Но если считать на год - два вперед, то генераторы вовсе не
выигрывают.
солнечные батареи имеют очень длительный ресурс эксплуатации, более 25лет;
не требуют обслуживания и долива топлива;
отлично работают при низких температурах и морозах;
первоначальная стоимость электростанции с солнечными элементами имеет
небольшой период окупаемости, в сравнении с генераторами работающими на
ископаемом топливе;
солнечная энергия - неиссякаемый источник;
не загрязняют окружающую среду не в процессе своего производства, не во время
эксплуатации;
и наконец - они не создают шума и гари.
Это факторы убеждают, что солнечные батареи это самый лучший способ сохранить
время, деньги и природу. Специалисты компании SINERGO утверждают, что для
производства электроэнергии используется солнечная радиация, а не тепло [2/12]. Поэтому
„Latvijas klimatam potenciāli piemērotu mūsdienīgu sistēmisku tehnoloģisko risinājumu prototipu,
konstrukciju un materiālu apzināšana un atlase.”
Projekts (vienošanās Nr. 2013/0027/1DP/1.1.1.2.0/13/APIA/VIAA/007)
не зависимо от температуры воздуха, солнечные батареи выполняют свои функции даже в
облачную и дождливую погоду, а также в солнечные зимние месяцы, когда температура
воздуха может быть -20С.
На рис.13. приведена диаграмма, которая отражает работу демо системы в офисе
SINERGO за 2013год. Демо система позволяет контролировать работу солнечных батарей в
течение суток по часам и в течение месяца. В Латвийских погодных условиях 1kW система
из 4-ех солнечных батарей может произвести за год в среднем 900-1000кВтч. Например, в
2013 году в мае месяце 1кВт система солнечных батарей произвела 130кВтч, или в среднем
4,2кВтч в день.
Рисуноk 13 - Изменение мощности солнечной батареи по данным демо-системы SINERGO
[2/12].
Figure 13 -Change of solar battery capacity according to the SINERGO demo system .
Расчеты Рижского энергетического агентства доказывают, что 1 кв.м. солнечной
батареи или коллектора в Латвии может дать 350–450 kWh энергии в месяц [2/21].
«Прибыльные» месяцы длятся с мая по сентябрь, когда батарея поставляет 700–800 kWh/m²,
но пасмурной зимой можно получить только 40–65 kWh/m². Поэтому солнечная батарея не
может стать единственным источником тепла и света, но экономия от ее использования
реальна.
Подтверждением возможности экономить энергоресурсы, не оказывая вредного
влияния на атмосферу, является устройство в Риге, который помогает безопасно переходить
дорогу [2/22]. Данное устройство представляет собой инфракрасный датчик, который
улавливает приближение человека за 1,5 метра до перехода. Специальное реле включает
красно-белые трассирующие маячки на самой зебре, а также на знаке «пешеходный
переход». Устройство задолго до приближения к переходу автотранспортного средства
показывает водителю, что дорогу собирается пересечь человек. Для того, чтобы этот аппарат
„Latvijas klimatam potenciāli piemērotu mūsdienīgu sistēmisku tehnoloģisko risinājumu prototipu,
konstrukciju un materiālu apzināšana un atlase.”
Projekts (vienošanās Nr. 2013/0027/1DP/1.1.1.2.0/13/APIA/VIAA/007)
работал максимально продуктивно и не зависел от городских электролиний, питание всех
элементов осуществляется от солнечных батарей.
2/12 http://ru.sinergo.lv/1kw-system-online-ru \
2/13 http://solargis.info/free-solar-mapsimage
2/14 http://www.estlat.eu/supported-projects/?project=31
[2/15] http://pribalt.info/lv.php?month=2&news=152
[2/16] http://gisee.ru/articles/foreign_politics/27955/
2/17 http://www.nasha.lv/rus/novosti/news/relizi/140899.html].
2/18 http://www.latvija.by/vazhno/lt4/razrushaem-stereotipy-solnechnye-batarei-dlya.html
2/19 http://www.vmeste.lv/majai/solnce-dlja-latvii.html
2/20 http://rencentre.com/news-and-insights/5111
2/21 http://www.lv.all.biz/montazh-solnechnyh-batarej-bsc1536
[2/22] http://novostienergetiki.ru/v-latvii-postroili-razumnyj-perexod/
1.3. Обзор методов и оборудования по преобразованию солнечной энергии
Review of methods and equipment for converting solar energy
Бóльшая часть электроэнергии, вырабатываемой непосредственно из солнечного
излучения, генерируется солнечными фотогальваническими (PV) элементами,
преобразующими фотоны световой энергии в поток электронов, образующих электрический
ток. На рисунке 14 показан аэрофотоснимок большой фотоэлектрической установки.
Инверторы фотоэлектрических установок преобразуют электрическую энергию от
солнечных панелей и с высокой эффективностью передают ее в электрическую сеть.
Энергия, вырабатываемая солнечными панелями, представляющими собой источники
постоянного тока, конвертируется в переменный ток и поступает в местные энергосети в
нужной фазе, обеспечивающей КПД до 98%. Процесс преобразования может происходить в
один или несколько этапов. Первоначально инверторы для солнечных фотогальванических
панелей были простыми модулями, передававшими энергию в местные сети. В последних
разработках акцент делается на безопасность, интеллектуальную интеграцию и снижение
цены. Для улучшения характеристик и сокращения затрат разработчики ищут новые,
экологически чистые и энергосберегающие технологии.
Рисунок 14 - Солнечные фотогальванические установки, Юма Каунти, штат Аризона
[2/23].
Figure 14 - Solar photovoltaic systems, Yuma County, Arizona [2/23].
„Latvijas klimatam potenciāli piemērotu mūsdienīgu sistēmisku tehnoloģisko risinājumu prototipu,
konstrukciju un materiālu apzināšana un atlase.”
Projekts (vienošanās Nr. 2013/0027/1DP/1.1.1.2.0/13/APIA/VIAA/007)
Известно, что по используемому принципу преобразования солнечной энергии
солнечные энергоустановки делятся на два типа:
- фотоэлектрические, реализующие метод прямого (безмашинного) преобразования
солнечной энергии в электрическую с помощью фотоэлектрических преобразователей (ФЭП,
или «солнечная батарея», «солнечный модуль»), [2/1, 2/13],
- и термодинамические, где солнечная энергия преобразуется сначала в тепло, которое
в термодинамическом цикле тепловой машины, преобразуется в механическую энергию, а
затем в генераторе – в электрическую.
Наиболее широкое распространение в мире получили именно солнечные
фотоэлектрические установки (СФЭУ).
Способы получения электричества и тепла из солнечного излучения, [2/1, 2/24]:
фотовольтаика — получение электроэнергии с помощью фотоэлементов;
гелиотермальная энергетика — нагревание поверхности, поглощающей солнечные
лучи, и последующее распределение и использование тепла (фокусирование
солнечного излучения на сосуде с водой для последующего использования нагретой
воды в отоплении или в паровых электрогенераторах).
В качестве особого вида станций гелиотермальной энергетики принято выделять
солнечные системы концентрирующего типа (CSP - Concentrated solar power). В этих
установках энергия солнечных лучей с помощью системы линз и зеркал фокусируется в
концентрированный луч солнца. Луч солнца используется как источник тепловой энергии
для нагрева рабочей жидкости, которая расходуется для электрогенерации по аналогии с
обычными ТЭЦ или накапливается для сохранения
энергииhttp://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%BE%D0%BB%D0%BD%D0%B5%D1%87%D0%BD%D0%
B0%D1%8F_%D1%8D%D0%BD%D0%B5%D1%80%D0%B3%D0%B5%D1%82%D0%B8%D0%BA%D0%B0 -
cite_note-3. Преобразование солнечной энергии в электричество осуществляется с помощью
тепловых машин:
паровые машины (поршневые или турбинные), использующие водяной пар,
углекислый газ, пропан-бутан, фреоны;
двигатель Стирлинга;
термовоздушные электростанции (преобразование солнечной энергии в энергию
воздушного потока, направляемого на турбогенератор).
солнечные аэростатные электростанции (генерация водяного пара внутри баллона
аэростата за счет нагрева солнечным излучением поверхности аэростата, покрытой
„Latvijas klimatam potenciāli piemērotu mūsdienīgu sistēmisku tehnoloģisko risinājumu prototipu,
konstrukciju un materiālu apzināšana un atlase.”
Projekts (vienošanās Nr. 2013/0027/1DP/1.1.1.2.0/13/APIA/VIAA/007)
селективно-поглощающим покрытием). Преимущество в том, что запаса пара в баллоне
достаточно для работы электростанции в темное время суток и в ненастную погоду.
Достоинства
Общедоступность и неисчерпаемость источника.
Теоретически, полная безопасность для окружающей среды, хотя существует
вероятность того, что повсеместное внедрение солнечной энергетики может изменить
альбедо (характеристику отражательной /рассеивающей способности) земной поверхности и
привести к изменению климата.
Недостатки:
Зависимость от погоды и времени суток.
Как следствие, необходимость аккумуляции энергии.
При промышленном производстве - необходимость дублирования солнечных ЭС
маневренными станциями сопоставимой мощности.
Высокая стоимость конструкции, связанная с применением редких элементов в
фотоэлементах, к примеру, индий и теллур.
Необходимость периодической очистки отражающей поверхности от пыли.
Нагрев атмосферы над электростанцией.
Типы фотоэлектрических элементов
Фототермальные (гелиотермальные) установки используются для получения тепловой
энергии солнца [2/24]. Технологий производства солнечных фотоэлементов для солнечных
батарей (СБ) на сегодняшний момент существует множество, но промышленных способов
всего три группы: поликристаллические кремниевые (c-Si multi); монокристаллические
кремниевые (c-Si mono); тонкопленочные (ThinFilm – TF, a-Si, μ-Si, CIGS, CdTe).
Технологии: наноструктурированные; каскадные фотоэлектрические преобразователи с
применением линз-концентраторов (HCPV); .
В настоящее время принято различать три поколения ФЭП:
Кристаллические (первое поколение): монокристаллические кремниевые;
поликристаллические (мультикристаллические) кремниевые;технологии выращивания
тонкостенных заготовок: EFG (Edge defined film-fed crystal growth technique), S-web
(Siemens), тонкослойный поликремний (Apex).
Тонкоплёночные (второе поколение):
- на основе теллурида кадмия (CdTe);
„Latvijas klimatam potenciāli piemērotu mūsdienīgu sistēmisku tehnoloģisko risinājumu prototipu,
konstrukciju un materiālu apzināšana un atlase.”
Projekts (vienošanās Nr. 2013/0027/1DP/1.1.1.2.0/13/APIA/VIAA/007)
- на основе селенида меди-индия-(галлия) (CI(G)S);
- кремниевые: аморфные, микрокристаллические, нанокристаллические, CSG
(crystalline silicon on glass);
ФЭП третьего поколения:
фотосенсибилизованные краситилем (dye-sensitized solar cell, DSC);
органические (полимерные) ФЭП (OPV);
неорганические ФЭП (CTZSS);
ФЭП на основе каскадных структур.
Наноантенны.
Монокристаллический кремний является основой солнечных элементов «первого
поколения». Он исторически доминировал и занимал на рынке до 90%, но его доля рынка
уменьшается. Монокристаллический кремний является наиболее эффективным и
коммерчески доступным материалом для солнечных элементов, [2/25]. Элементы первого
поколения имеют относительно толстый слой (монокристаллический) кремния, который
укладывается поверх металлической основы (базовый контакт), рис.15. Две стороны
полупроводников присадочные, т.е. к кремнию добавлены примеси в виде других
химических элементов.
Рисунок 15 - Схема ФЭ элементов первого поколения [2/25].
Figure 15 - Scheme of the first generation photocells.
С одной стороны полупроводник обогащается электронами (n-типа), путем добавления
химического элемента с более высоким количеством электронов (как правило, фосфор) к
кремнию, и элемент с малым количеством электронов (как правило, бор) к другой стороне
(р-тип). Легирование проводится для улучшения проводящих свойств полупроводника путем
создания p-n-перехода, где создается естественное электрическое поле. Антиотражающее
покрытие и очень тонкая металлическая сетка укладываются поверх p-n-перехода, к
которому присоединяется провод, замыкающий цепь.
„Latvijas klimatam potenciāli piemērotu mūsdienīgu sistēmisku tehnoloģisko risinājumu prototipu,
konstrukciju un materiālu apzināšana un atlase.”
Projekts (vienošanās Nr. 2013/0027/1DP/1.1.1.2.0/13/APIA/VIAA/007)
Несмотря на то, что наиболее распространенными являются классические технологии
использованием поликристаллических элементов, рис.16, в последние годы неуклонно растет
количество объектов на основе тонкопленочных фотоэлементов, покрытий.
Монокристаллические элементы состоят из монокристаллов кремния, поликристаллические
элементы состоят из нескольких кристаллов кремния, аморфные элементы имеют хаотичную
некристаллическую молекулярную структуру. Тонкопленочные элементы представляют то,
что обычно называется «вторым поколением» развития ФЭ элементов. Это название
происходит от способа, благодаря которому полупроводник превращается в элемент:
«нанесением» последовательных слоев атомов и молекул, а не выращиванием кристаллов.
Тонкопленочные элементы состоят из очень тонкого слоя фотоэлектрически активного
вещества, которое наносится на недорогое основание, например, стекло. Как и в стандартном
элементе, центральным объектом тонкопленочных элементов является p-n-переход, который,
с одной стороны покрыт металлом, с другой стороны, прозрачным полупроводником
(обычно оксидом) и защитным покрытием из стекла.
Рисунок 16 - СЭС основе батарей поликристаллических элементов.
Figure 16 - Solar power station using the polycrystalline cells.
Преимущество тонкопленочных элементов заключается в меньшем использовании
полупроводникового материала – от 100 до 1000 раз по сравнению со стандартными
кремниевыми элементами, а также в меньшей площади элемента – всего лишь от 1 до 10
микрометров по сравнению с рабочей площадью стандартного элемента от 100 до 300
микрометров. Это значительно снижает издержки производства и означает, что недорогие
ФЭ элементы массового производства могут быть получены в процессе автоматизированных
и непрерывных процессов производства. Вещества, которые чаще всего используются для
тонкопленочных элементов: кристаллический кремний, аморфный кремний, теллурид
„Latvijas klimatam potenciāli piemērotu mūsdienīgu sistēmisku tehnoloģisko risinājumu prototipu,
konstrukciju un materiālu apzināšana un atlase.”
Projekts (vienošanās Nr. 2013/0027/1DP/1.1.1.2.0/13/APIA/VIAA/007)
кадмия, сульфид кадмия, медь, индий, галлий и диселенид. К 2020 году эти материалы могут
составлять до 35% мирового рынка ФЭ элементов.
Много-переходные элементы могут преодолеть предельное значение натурального
выхода энергии элементов первого и частично элементов второго поколения - «Лимит
Шоккли-Кейсера», схема показана на рис. 17. Теоретический предел количества падающего
излучения, которое может конвертировать однопереходный солнечный элемент, составляет
около 33% (для кремниевого элемента с шириной запрещенной зоны около 1,1 электрон-
вольт).
Рисунок 17 - Солнечный элемент третьего поколения, [2/27].
Figure 17 - A solar cell of the third generation.
Это теоретический расчет, основанный на разнице энергий между солнечными
фотонами и шириной запрещенной зоны солнечных элементов, а в реальности коммерческая
эффективность достигает 22%. Важно отметить, что лимит Шоккли-Кейсера относится
только к однопереходным солнечным элементам.
Многопереходные элементы имеют потенциал роста теоретической эффективности
преобразования солнечных элементов до 86% в том случае, если используются
фотогальванические концентраторы. Они не являются представителями следующего
поколения, а представляют собой тип элемента, который не связан с каким-либо конкретным
материалом (концентратор иногда ошибочно относится к третьему поколению).
Фотогальванические концентраторы характеризуются особой конструкцией, в
соответствии с которой для концентрации солнечного света на рабочей площади
концентратора используется линза или зеркало. Характеристика p-n-перехода такая же, как в
стандартных и тонкопленочных элементах, однако вместо антиотражающего покрытия или
„Latvijas klimatam potenciāli piemērotu mūsdienīgu sistēmisku tehnoloģisko risinājumu prototipu,
konstrukciju un materiālu apzināšana un atlase.”
Projekts (vienošanās Nr. 2013/0027/1DP/1.1.1.2.0/13/APIA/VIAA/007)
прозрачного проводника полупроводники покрываются призматическим покрытием. Это
позволяет достичь высокой производительности элемента с меньшим использованием
фотоэлектрических материалов. Концентраторы подвержены более высоким температурам (в
связи с концентрирующим эффектом линз), и это снижает КПД полупроводника. Во-вторых,
и что более важно, фотогальванические концентраторы могут использовать только прямые
солнечные лучи, что делает их непригодными для регионов с пасмурной погодой, таких как
большая часть несредиземноморской Европы.
Устройство из нанотрубок, питаемое только лишь энергией естественного солнечного
света, способно превращать смесь углекислого газа и водного пара в природный газ в
небывалых количествах [2/28]. Такое устройство предлагает новый способ извлекать
углекислый газ из атмосферы и преобразовывать его в топливо или другие химические
вещества, чтобы снизить влияние выбросов от ископаемого топлива на глобальный климат,
утверждает Крейг Граймс (Craig Grimes) из университета штата Пенсильвания, чья команда
учёных спроектировала устройство. Развитие нанотехнологий в ФЭП третьего поколения
способствуют снижению стоимости солнечных батарей [2/29-2/30]. Обычно в структурах
солнечных батарей используют нано-столбики одинаковой толщины по всей длине. Ученые
Калифорнийского университета изменили форму наностолбиков – верхнюю часть сделали
более толстой, а нижнюю – тонкой, рис.18 [2/31]. Теперь нано-столбики напоминают
аккуратно уложенные в ряд фужеры для шампанского, только очень сильно уменьшенные.
Rисунок 18 - Система нано-столбиков переменного диаметра [2/31].
Figure 18 - System of nano-columns with a variable diameter.
Установлено, что наноструктуры стали поглощать свет гораздо эффективнее. Свет,
почти не отражаясь, легко проникает через «решето» тонких верхних частей нано-столбиков,
а вот нижняя толстая часть, наоборот, хорошо поглощает свет и увеличивает выработку
электроэнергии. Если равномерные столбики поглощали в среднем 80-85% видимого света,
то эффективность новой конструкции возросла до 99%. При том, что обычные плоские
тонкопленочные материалы способны поглощать лишь 15% видимого света. Этот показатель
„Latvijas klimatam potenciāli piemērotu mūsdienīgu sistēmisku tehnoloģisko risinājumu prototipu,
konstrukciju un materiālu apzināšana un atlase.”
Projekts (vienošanās Nr. 2013/0027/1DP/1.1.1.2.0/13/APIA/VIAA/007)
можно увеличить для специальных промышленных тонкопленочных элементов, но для
создания конструкций на основе инновационных нано-столбиков, дающих такую же
эффективность, потребуется значительно меньше полупродникового материала, в чем и
заключается выгодность нового решения. На следующем этапе исследований изменяются
соотношения толщины верхней и нижней частей каждого нано-столбика таким образом,
чтобы наноструктуры смогли поглощать свет в инфракрасном диапазоне спектра. Это
позволит разработать более эффективные детекторы инфракрасного излучения. Еще одним
преимуществом новых наноструктур является более простая и недорогая технология
«выращивания» наноструктур, по сравнению с существующими трудоемкими способами их
изготовления.
Однако, фундаментальные и прикладные исследования в области СЭ продолжаются,
так как практика показывает необходимость решения ряда проблем. Поток солнечной
энергии, падающий на установленный под оптимальным углом фотоэлемент, зависит от
широты, сезона и климата и может различаться в два-три раза для заселённой части суши.
Атмосферные явления (облака, туман, пыль и др.) не только изменяют спектр и
интенсивность падающего на поверхность Земли солнечного излучения, но и изменяют
соотношение между прямым и рассеянным излучениями, что оказывает значительное
влияние на некоторые типы солнечных электростанций, например, с концентраторами или на
элементах широкого спектра преобразования [2/13].
Фотоэлектрические преобразователи работают днём и с меньшей эффективностью
работают в утренних и вечерних сумерках, а максимальное электропотребление приходится
на вечерние часы. Кроме того, производимая ими электроэнергия может резко и неожиданно
колебаться из-за смены погоды. Для преодоления этих недостатков на солнечных
электростанциях используются эффективные электрические аккумуляторы, либо
преобразуют в другие виды энергии, например, строят гидроаккумулирующие станции.
Сейчас данная проблема решается через создание единых энергетических систем, которые
перераспределяют вырабатываемую и потребляемую мощность. Проблема некоторой
зависимости мощности солнечной электростанции от времени суток и погодных условий
решается с помощью солнечных аэростатных электростанций.
С развитием технологии и ростом цен на ископаемые энергоносители цены на
фотопреобразователи снижаются. Поверхность фотопанелей и зеркал нужно очищать от
пыли и других загрязнений. В случае крупных фотоэлектрических станций, при их площади
в несколько квадратных километров это может вызвать затруднения, но применение
„Latvijas klimatam potenciāli piemērotu mūsdienīgu sistēmisku tehnoloģisko risinājumu prototipu,
konstrukciju un materiālu apzināšana un atlase.”
Projekts (vienošanās Nr. 2013/0027/1DP/1.1.1.2.0/13/APIA/VIAA/007)
отполированного стекла на современных солнечных батареях решает эту проблему.
Эффективность фотоэлектрических элементов падает при их нагреве (в основном это
касается систем с концентраторами), поэтому возникает необходимость в установке систем
охлаждения. Также в фотоэлектрических преобразователях третьего и четвёртого поколений
используют для охлаждения преобразование теплового излучения в излучение наиболее
согласованное с поглощающим материалом фотоэлектрического элемента (up-conversion),
что одновременно повышает КПД [2/24].
При производстве фотоэлементов уровень загрязнений не превышает допустимого
уровня для предприятий микроэлектронной промышленности. Но современные
фотоэлементы имеют срок службы 30—35 лет. Применение кадмия, связанного в
соединениях, при производстве некоторых типов фотоэлементов с целью повышения
эффективности преобразования, ставит сложный вопрос их утилизации, который тоже не
имеет пока приемлемого с экологической точки зрения решения.
В последнее время активно развивается производство тонкоплёночных фотоэлементов,
в составе которых содержится всего около 1% кремния, по отношению к массе подложки, на
которую наносятся тонкие плёнки. Из-за малого расхода материалов на поглощающий слой,
здесь кремния, тонкоплёночные кремниевые фотоэлементы дешевле в производстве, но пока
имеют меньшую эффективность и быстрее изнашиваются. Развивается производство
тонкоплёночных фотоэлементов на других полупроводниковых материалах, в частности CIS
и CIGS, достойных конкурентов кремнию.
Из-за ограничений в преобразовании спектра в полезную энергию (к.п.д. около 30 %),
для фотоэлементов первого и второго поколения требуется использование больших
площадей земли под электростанции. Например, для электростанции мощностью 1ГВт это
может быть несколько десятков квадратных километров. Поэтому строительство солнечных
электростанций большой мощности может привести к изменению микроклимата в
прилегающей местности и поэтому в основном устанавливаются фотоэлектрические станции
мощностью (1-2)МВт недалеко от потребителя или индивидуальные и мобильные установки.
Фотоэлектрические элементы на крупных солнечных электростанциях
устанавливаются на высоте (1,8 - 2,5) метра, что позволяет использовать земли под
электростанцией для сельскохозяйственных нужд, например, для выпаса скота. Проблема
нахождения больших площадей земли под солнечные электростанции решается в случае
применения солнечных аэростатных электростанций, пригодных как для наземного, так и
для морского и для высотного базирования.
„Latvijas klimatam potenciāli piemērotu mūsdienīgu sistēmisku tehnoloģisko risinājumu prototipu,
konstrukciju un materiālu apzināšana un atlase.”
Projekts (vienošanās Nr. 2013/0027/1DP/1.1.1.2.0/13/APIA/VIAA/007)
Солнечные концентраторы вызывают большие по площади затенения земель, что
приводит к сильным изменениям почвенных условий, растительности и т. д. Нежелательное
экологическое действие в районе расположения станции вызывает нагрев воздуха при
прохождении через него солнечного излучения, сконцентрированного зеркальными
отражателями. Это приводит к изменению теплового баланса, влажности, направления
ветров; в некоторых случаях возможны перегрев и возгорание систем, использующих
концентраторы, со всеми вытекающими отсюда последствиями. Применение низкокипящих
жидкостей и неизбежные их утечки в солнечных энергетических системах во время
длительной эксплуатации могут привести к значительному загрязнению питьевой воды.
Особую опасность представляют жидкости, содержащие хроматы и нитриты, являющиеся
высокотоксичными веществами.
Ведущие производители и потребители постепенно решают перечисленные проблемы и
разрабатывают новые инновационные решения в области СЭ, так как преимущества СЭ
очевидны. Одним из решений оптимизации использования СЭ является разработка и
создание компьютеризированных систем измерения и управления с возможностью
эффективного управления генерацией и потреблением. Это означает, что новое поколение
инверторов для солнечных панелей должно обладать развитой логикой принятия решений
при взаимодействии с интеллектуальной сетью, особенно для устранения дисбаланса в
случаях избытка генерируемой несколькими источниками мощности [2/32]
По этой причине в основе эффективной работы солнечной системы энергоснабжения
должна быть сетевая интеграция, где все составляющие системы взаимодействуют как одно
целое для стабилизации сети, не просто вырабатывают мощность, независимо друг от друга.
Примером еще одного инновационного решения может быть разработанная в России
черепица со встроенными солнечными фотоэлементами, которая способна обеспечить
объекты энергией от 1 до 100 кВ, [2/33, 2/34]. Такая черепица способна одновременно
генерировать электрический ток подобно солнечной батарее и защищать здание аналогично
классической черепице. Черепица с фотоэлементами монтируется на южной стороне кровли,
а на затененной части - обычная черепица, рис. 19.
На крыше площадью 200 кв.м помещается до 900 шт. «солнечных черепиц»,
вырабатывающих более 7 кВт электроэнергии. В зависимости от условий заказчика схема
энергоснабжения может быть или полностью автономной с применением аккумуляторных
батарей или синхронизована с внешним электроснабжением. Компания предлагает черепицу
разного цвета и различной мощности: 8, 6 и 20 Вт. Дизайн крыши здания не нарушается
„Latvijas klimatam potenciāli piemērotu mūsdienīgu sistēmisku tehnoloģisko risinājumu prototipu,
konstrukciju un materiālu apzināšana un atlase.”
Projekts (vienošanās Nr. 2013/0027/1DP/1.1.1.2.0/13/APIA/VIAA/007)
чужеродными элементами. Для изготовления фотоэлементов используются различные
полупроводники, перспективность которых определяется стоимостью изготовления и
эффективностью преобразования в электричество солнечной энергии. Шведская компания
«SolTech Energy» предлагает солнечную черепицу, которая может быть средством
освещения и дизайнерского оформления, одновременно обеспечивающим электроснабжение,
используя солнечные батареи, скрытые под стеклянной черепицей, рис. 20.
Rисунок 19- Черепица с фотоэлементами, [2/33].
Figure 19 - Roof tiles with photocells.
Данная технология особенно оправдает себя, если домик находится в
труднодоступных, но солнечных местах, где подключение электроэнергии по стоимости
будет сопоставимо с затратами на такую черепицу. Компания предлагает: солнечные батареи
(Power); специальную вентиляционную систему с использованием стеклянной черепицы и
теплового аккумулятора (Alfa); систему использования солнца для нагрева воды (Techo).
„Latvijas klimatam potenciāli piemērotu mūsdienīgu sistēmisku tehnoloģisko risinājumu prototipu,
konstrukciju un materiālu apzināšana un atlase.”
Projekts (vienošanās Nr. 2013/0027/1DP/1.1.1.2.0/13/APIA/VIAA/007)
Rисунок 20 – Комбинированное использование солнечной энергии в технологиях компании
«SolTech Energy», [2/35].
Figure 20 - Combined use of solar energy in «SolTech Energy» company technology.
До недавнего времени тонкопленочные батареи, несмотря на более низкие затраты на
их производство, они существенно уступали кристаллическому кремнию в эффективности
преобразования. Однако достижения ученых позволили существенно удешевить технологию
производства тонкопленочных панелей и увеличить эффективность преобразования их
фотогальваническими ячейками солнечной энергии. Например, гибкая битумная
фотогальваническая черепица Powerhouse, одного из лидеров продаж на рынке США. для
своей черепицы использует фотогальванические ячейки на основе нанесенного на гибкую
подложку соединения селенида меди-индия-галлия (copper indium gallium selenide, CIGS)
производства Global Solar Energy, Inc [2/36].
Главный конкурент Dow Chemical по рынку фотогальванической битумной черепицы в
США компания CertainTeed воспользовалась для своих изделий фотогальваническими
ячейками Uni-Solar. Ячейки Uni-Solar из трех слоев аморфного кремния (a-Si: H),
осажденных на гибкую металлическую подложку, наиболее популярны у производителей
черепицы. Такие же ячейки использовала компания SRS Energy для разработки гнутой
фотогальванической черепицы Sole Power Tile. Компания Tegosolar для производства
панелей использует фотоэлемент PVL 68, который позволяет получать максимальную
мощность в 68 Вт. Его фотогальванические ячейки Uni-Solar герметично упакованы между
слоями стойких к механическим воздействиям полимеров: с внешней стороны – не боящийся
„Latvijas klimatam potenciāli piemērotu mūsdienīgu sistēmisku tehnoloģisko risinājumu prototipu,
konstrukciju un materiālu apzināšana un atlase.”
Projekts (vienošanās Nr. 2013/0027/1DP/1.1.1.2.0/13/APIA/VIAA/007)
ультрафиолета фотополимер Tefzel, а со стороны крыши – этилвинилацетат (EVA).
Фотоэлемент закрепляется на основу из окисленного природного битума «Тя-юана».
Существующие солнечные элементы отражают свет больше, чем поглощают, что также
является фактором снижения эффективности. В отличие от них, солнечные батареи от
Solar3D захватывают максимальное количество света, благодаря специальной «ловушке»,
вытравленной на кремниевой пластине и расположенной внутри фотоэлектрической
структуры [2/37]. Компания утверждает, что ее трехмерные солнечные батареи имеют
эффективность внутреннего преобразования 25,47%. Батареи Solar3D имеют поверхность,
которая позволяет захватывать солнечный свет в достаточно широком диапазоне углов
падения, так что батареи могут производить электричество не только днем, но и утром,
вечером и даже в зимние месяцы, причем без использования механических систем слежения
за Солнцем. Все эти характеристики новых солнечных элементов позволяют говорить о
возможности их интеграции в черепичную кровлю. В сотрудничестве с производителем
«солнечных» крыш, Redwood Renewables, компания Solar3D планирует начать разрабатывать
новые встроенные фотоэлектрические кровельные системы (BIPV). Новые трехмерные
солнечные элементы, встроенные в кровельную черепицу, будут генерировать достаточно
полезной мощности, чтобы успешно конкурировать на рынке с другими альтернативными
источниками электроэнергии и полностью удовлетворять потребности домовладельцев в
обеспечении электричеством своего дома.
Наибольшая отдача солнечных батарей с марта по сентябрь. В остальные осенние,
зимние и весенние месяцы производится 10% от общей электроэнергии, произведенной за
год [2/38]. С ноября по март потенциал солнечной энергии минимальный и не может
обеспечить нерперывную подачу электроэнергии без дополнительных источников энергии,
как например, дизельгенератор или ветрогенератор. Солнечными батареями так же нельзя
обеспечить отопление в зимние темные месяцы. Поэтому в северных районах, более
эффективно использовать комбинированные источники энергии, как например, нашедшие
широкое распространение сочетание ветрогенератора и солнечных батарей, примерные
схемы которых показаны на рис. 21.
„Latvijas klimatam potenciāli piemērotu mūsdienīgu sistēmisku tehnoloģisko risinājumu prototipu,
konstrukciju un materiālu apzināšana un atlase.”
Projekts (vienošanās Nr. 2013/0027/1DP/1.1.1.2.0/13/APIA/VIAA/007)
Rисунок 21 - Isometric view house with solar panel and wind turbine (Green House - Isometric
composition of small house with ecological equipment - solar cells and wind turbine).
Figure 21 - View of isometric house with solar panel and wind turbine
(Green House, house with ecological equipment).
В подтверждение эффективности комбинированных систем использования ВИЭ можно
привести интересный факт об экодомах Earthship, которые строит известный эколог М.
Рейнольдс в разных частях мира [2/39]. На рис. 22 здание из экологичных стройматериалов.
Все электрооборудование внутри него и система отопления здания получает энергию из
возобновляемых источников (ветрогенераторов и солнечных батарей).
Rисунок 22- Общий вид экодома в городке Ушуайя (Аргентина), [2/39].
Figure 22 - General view of eco house in Ushuaia town (Argentina).
Екодом изготовлен из натуральных и вторичных стройматериалов (его создатели
использовали 333 шин, 3000 алюминиевых банок, 5000 пластиковых и 3000 стеклянных
бутылок). Кроме того, строение площадью 50 квадратных метров имеет высокоэффективную
систему фильтрации дождевой воды.
Даже принимая во внимание уровень развития современных технологий использования
ВИЭ на территории Латвии с невысоким средне-годовым потенциалом солнечной энергии
можно рекомендовать только использование комбинированных источников энергии, т.е.
„Latvijas klimatam potenciāli piemērotu mūsdienīgu sistēmisku tehnoloģisko risinājumu prototipu,
konstrukciju un materiālu apzināšana un atlase.”
Projekts (vienošanās Nr. 2013/0027/1DP/1.1.1.2.0/13/APIA/VIAA/007)
энергии ветра в дополнение к солнечным преобразователям, вид и технология которых
может быть подобрана с учетом запросов потребителя.
[2/23] http://elektrovesti.net/30354_solnechnaya-energetika-prognoz-na-2014-god
2/24 http://www.solarbat.info/osnovnoe-tipi-fotoelektricheskix-modulei
2/25 http://www.mysuncity.ru/index.php?option=com_content&view=article&id
2/26 Калюжный Н.А. Многопереходные солнечные элементы, содержащие субэлемент на основе германия.
– автореферат канд. диссерт. – ФТИ им.А.Ф.Иоффе РАН, С.-П., 2011 http://fizmathim.com/mnogoperehodnye-
solnechnye-elementy-soderzhaschie-subelement-germaniya
2/27 http://sunlab.site.uottawa.ca/research.php
2/28 http://obzor-electro.ru/news/nanotekhnologii/1-0-5
2/29 Алферов Ж.И., Копьев П.С., Сурис Р.А. и др. Наноматериалы и нанотехнологии. -
http://www.microsystems.ru/files/publ/601.htm
2/30 http://zeleneet.com/cat/chistaya-energiya/solnechnaya/
2/31 http://www.cislaser.com/rus/in0212.htm
2/32 http://www.rlocman.ru
2/34 http://www.vopole.ru/steklyannaya-i-solnechnaya-cherepitsa-novoe-v-tekhnologii
2/35 http://soltechenergy.com/products/
2/36 http://www.solarsity.ru/index.php/solarenergy
2/37 http://www.vzavtra.net/novaya-solnechnaya-cherepica-iz-trexmernyx-solnechnyx-batarej.html
2/38 http://esco-ecosys.narod.ru/2011_6/art205.htm
2/39 http://sun-shines.ru/news/763-autonomous-passive-earthship-house-built-edge-world
